Dünya'nın en dayanıklı malzemesi: CrCoNi, sahip olduğu güçle şaşırtıyor

Metalik bir krom, kobalt ve nikel alaşımı (CrCoNi), sahip olduğu özellikler ile bilim insanlarını etkilemeyi başardı. Etkileyici bir güce sahip olan bu malzeme kalıcı deformasyona karşı dayanıklı ve aynı zamanda son derece sünek olması sayesinde yüksek bir işlenebilirliğe sahip. Bu iki özellik bir arada düşünüldüğünde CrCoNi, Dünya üzerindeki açık ara en dayanıklı malzeme gibi gözüküyor.

CrCoNi, element oranlarının kabaca aynı olduğu malzemeler olan yüksek entropili alaşım (HEA) ailesinin bir parçası. Bu HEA'lar büyük dayanıklılığa sahip olma eğilimindedir, ancak en aşırı koşullarda test edilmeleri zordu. Teknoloji artık bunu yapacak kadar gelişti ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Laboratuvarı) ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki (ORNL) araştırmacılar, CrCoNi'nin şaşırtıcı bir şekilde soğudukça daha da dayanıklı olduğunu keşfettiler.

ORNL ve Tennessee Üniversitesi'nden proje ortak lideri Easo George yaptığı açıklamada, "yapısal malzemeleri tasarlarken, onların güçlü ama aynı zamanda sünek ve kırılmaya karşı dirençli olmalarını istersiniz" dedi ve ekledi: "Genellikle, bu özellikler arasında bir taviz verilerek uzlaşma sağlanır. Ancak bu malzeme her ikisini de sağlıyor ve düşük sıcaklıklarda kırılgan hale gelmek yerine daha da dayanıklı oluyor."

Ekip ilk olarak yaklaşık on yıl önce CrCoNi ve ekstra manganez ve demir (CrMnFeCoNi) içeren başka bir alaşım üzerinde çalışmaya başladı. Numuneleri sıvı nitrojen sıcaklıklarına itebildiler, bu da malzemelerin oldukça iyi olduğunu ortaya çıkardı. Ancak onları daha aşırı koşullar altında test edebilmek ekibin yıllarını aldı. CrMnFeCoNi oldukça başarılıydı, ancak CrCoNi olağanüstüydü.

Araştırmanın ortak lideri, Berkeley Laboratuvarı'nın Malzeme Bilimleri Bölümü'nde kıdemli fakülte üyesi ve California Üniversitesi, Berkeley'de Chua Mühendislik Profesörü Robert Ritchie "bu malzemenin sıvı helyum sıcaklıkları (20 [derece] Kelvin, -424 [derece] Fahrenheit) yakınındaki dayanıklılığı, 500 megapaskal karekök metre kadar yüksektir. Aynı birimlerde, bir silikon parçasının dayanıklılığı bir, yolcu uçaklarındaki alüminyum gövdenin yaklaşık 35 ve en iyi çeliklerden bazılarının dayanıklılığı yaklaşık 100'dür. Yani, bu 500, şaşırtıcı bir sayı" diyor.

Malzeme, deformasyon altında önce işlenebilirlik ve ardından güç sağlayan etkileşimlerin "sihirli bir serisini" yaratan davranışlar sergiler. İlk başta sadece taneciklerden oluşan çok basit yapısı, deforme olduktan sonra kırılmalara karşı dirençli hale getiren çok karmaşık bir yapıya dönüşüyor.

Malzeme şu anda farklı uygulamalar için geliştiriliyor, ancak oluşturma maliyeti nedeniyle araştırmacılar şimdilik derin uzay gibi aşırı ortamlar için iyi bir aday olduğunu düşünüyor.